三维地理信息数据服务规范研究与实践

杨丽君

摘要：近年来，我国各级政府积极推进便民服务，其中的一个重要内容就是利用“互联网+”技术管理辖区对象。管理对象以地理空间为载体，被赋予政治、经济、法律属性。新型基础测绘的重要任务之一是发展适合高层次应用需求的新型地理信息数据成果。地理实体数据作为新型基础测绘当前的新型特色成果，是根据应用需求以合适的精细度和准确度描述并表达地理实体的空间位置、几何特征、专题特征及时间特征。城市三维模型是对地理实体数据进行组织管理和表达的科学有效手段，也是支撑地理实体数据在应用中发挥效能的技术引擎。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对三维地理信息数据服务规范研究与实践提出了一些建议，以供参考。

关键词：三维地理信息数据;服务规范;研究与实践

引言

随着现代科学技术的不断发展，地理信息系统也在不断地更新和完善，未来也将为人们做出更多贡献。在利用地理信息系统对城市进行规划过程中，应该以地理学理论为依据、以地理空间数据为基础、以多源地理信息关系、动态时空过程剖析为方式，发掘各类隐态信息、表明掩藏的地理知识和求解各类地理难题，为城市基本建设管理决策出示科学论证。

1、标准及规范制定

依据国家及行业标准规范体系，制定相应的测绘数据生产、三维建模、建库规范以及规划成果提交标准，可以有效保证在整个空间地理信息数据生产入库、三维城市建模建库以及规划指标审核过程中的标准化和规范性。主要内容如下：①空间地理信息数据规范;②空间地理信息数据库建设规程;③三维建模技术规程;④三维数据建库规范;⑤总平面图、建筑单体图成果提交标准。

2、对城市规划中地理信息系统的认识

2.1地理信息系统的概念

地理信息系统是指在计算机系统中通过相应的测绘软件把各种相关的地理信息按照一定的空间分布规则和属性规则进行输入、存储、管理、制图等，并且可以将数据信息按照一定的要求进行展示的综合分析和应用的技术系统。地理信息系统是一个综合性的集成平台，在对相关的数据进行输入后可以按照一定的运算程序进行数据处理，按照人们的需求，得出相应的结果。

2.2地理信息系统在城市规划中的重要性

传统的城市规划主要依赖人工操作，除前期的测量分析外后期还要进行数据处理、再加工、分类整理等操作，然后根据所得的处理结果形成图表，这是一个非常复杂的过程。由于这个过程中会有很多需要进行数据处理的部分，所以在传统的城市规划中很容易出现偏差，人工绘图与电脑合成的一大缺点是不够精确、直观。地理信息系统引入城市规划工作中后，大大提高了城市规划的效率和准确性，而且可以形成大数据管理平台，能够将数据分门别类的储存好，并且随时可以根据需要进行调度重组。

2.3LOD构建

对于语义三维信息模型，LOD有不同的含义。城市三维模型中的LOD指的是LevelofDetail，表示的是构建的城市三维模型的详细程度;而BIM中的LOD指的是LevelofDevelpoment，表示的是随工程设计和施工过程的推进，BIM模型元素组织及其几何信息、非几何信息的详细程度。对城市三维模型而言，LOD规定其描述和表达现实世界所用的信息量，与尺度和分辨率概念相关。通常同一城市三维模型需同时描述和表达覆盖大面积和小区域等不同尺度、不同精细程度的地形和三维空间对象，因此需要其既可以表示简单的、没有拓扑结构和语义很少的单尺度模型，也可以表示具有全拓扑和细粒度语义差异的非常复杂的多尺度模型，从而实现不同应用系统和用户之间的低损信息交换。因同一几何体（或同一外观）可具有不同的语义层次，如一棵树可以分别对其树冠和树枝进行建模，在一种情况下，它们可以被赋予相同的语义（如“树”或“植物”等），而在另一种情况下，每个子对象可以分别有其适当的语义（如“树冠”、“树枝”），因此语义也是具有精细度层次的。LOD的构建应立足城市三维模型的定位和应用范围，对源数据获取能力、几何图形精确度、几何要素类型、语义精细度、外观纹理丰富度等多维度进行综合考量后确定。

2.4技术路线

（1）资源目录数据管理按资源目录对基础数据和专题数据进行统一组织管理，快速导入并形成全网数据“一张图”，方便数据共享和权限分配。（2）三维一体化数据整合集成基于三维地形模型本底数据，对资源目录数据进行动态整合集成与叠加显示。（3）通用性三维图形分析提供汇总统计、图属查询、二维几何分析、三维立体分析等通用决策支持功能。（4）统一应用定制提供统一的应用系统定制参数，包括动态配置相关数据集、应用界面、三维展环境和通用分析等功能。数据中心-数据库：物理上分布式存储，逻辑上统一组织管理资源目录，将配置信息存放到配置库，供服务调用获取。GIS客户端：基于C/S架构开发，实现通用的GIS数据展示、编辑、查询统计、制图等功能，按权限动态加载图层及控制编辑，无需本地存储数据，具有较好的数据保密性。系统管理及发布：基于C/S架构开发，实现基于数据中心的统一资源目录管理和授权，对现有数据按资源目录进行链接式整合，对资源目录数据进行服务发布和管理。中间件服务层：采用SOA构架以Rest方式提供相关资源目录配置和GIS相关数据服务，通过资源目录统一接口，最终访问分布式实体数据，实现用户透明调用。三维GIS系统基础框架：实现通用的GIS资源目录图层按权限动态集成、数据显示、空间查询、统计分析等功能，三维一体化框架通过WebGL3D渲染实现前端基础框架。该平台的主要业务数据部署流程如下：收集和分析相关业务数据列表;按业务组织建立虚拟数据中心资源目录“一张图”，实现分布式存储、集中式调用;对资源目录进行人员访问授权。使用人员登录系统后即可动态加载授权的资源目录列表。

3、三维地理信息数据服务规范研究

3.1接口规则体系研究

1）描述地理场景服务状态的资源说明界面，包括资源名称、内层结构和类型、支持的查询操作方法等，是场景数据、空间查询、全文搜索等界面的完整门户。2）描述地理场景资源内三维数据的组织和读取路径的场景数据界面是为三维可视化提供标准化数据服务功能的门户。3）描述地理场景内三维数据的三维空间查询请求参数和响应结构的空间查询界面是为三维空间分析提供标准化数据服务功能的门户。空间查询包括三维空间查询和三维相邻查询。三维空间查询主要提供Contain、Intersect和Within、Identical和Disjoint五种查询方法，查询三维地理信息数据之间的空间关系。三维近似查询提供了查询与三维地理信息数据最接近的数据的功能，查询结果返回结果数据的属性集。4）描述地理场景内具有单体意义的三维数據的全文搜索界面。所有属性查询的请求参数和响应结构是为三维非空间分析提供标准化数据服务功能的门户。

3.2物理结构体系研究

1）主要描述具有精细详细或属性特征的绘画对象的绘画模型，包括人工模型、车辆激光点云、地下管线、BIM等。通常另存为实体对象或点云对象。2）主要描述DEM、水下地形、倾斜照片DSM等连续几何形状的地形对象的地形模型，通常存储为网格对象或网格图像。3）描述具有全方位视觉信息（包括可测量距离和空中全景数据）的图像数据的实际模型。通常保存为三维描述信息+栅格图像。4）描述与地形模型匹配的不同级别或时间点的表面纹理信息的图像模型。主要存储为DOM、地图服务发布的DLG、地名地址数据，通常为索引信息+常规栅格图像。

4、典型应用

4.1道路与淹没区分析

对辖区一定宽度的道路数量、属性和空间分布进行分析，得到符合条件的所有道路名称、长度、宽度、面积、周长等详细信息，根据分析结果查询道路的空间位置和形态。设定空间分析范围和水位，快速获取淹没区的管线空间位置和相关属性信息，及时指导区域防洪救灾的应急处置。

4.2规划建设选址分析

为用户提供规划地块土地利用现状的图斑地类类型，相交、包含（压盖与切割）图斑面积;用途区的图斑地类类型，相交、包含（压盖与切割）图斑面积;建设用地管制区的图斑地类类型，相交、包含（压盖与切割）图斑面积。实现地块面积列表统计和分组统计示。为用户提供规划建设项目建设区空间分布辅助决策。

4.3区域建设用地节约集约指标计算

利用综合分析工具，以辖区为单位按国家和省指标体系对区域工业等特定用地类型的节约集约指标进行分析。主要按时间轴计算区域建设用地规模、建设情况、节约集约总体评价、土地性质、使用情况、投入产出、利税、能源消耗等内容，将评价结果以直观图表形式展示。

4.4测绘技术的地质灾害隐患防治应用

针对地质灾害隐患点数据信息存储散乱、三维显示、可视化查询分析难的问题，系统开发的主要特色功能如下：1）灾害隐患信息编辑。灾害隐患信息编辑，是对地质灾害隐患点进行添加、修改、删除，以动态管理地质灾害隐患点，实现灾害隐患信息的动态更新，保持地质灾害隐患点的真实性与现势性。2）查询统计。地质灾害隐患点查询统计是对地质灾害隐患点空间分布特征、归类等的展示，包括分类查询和分类统计。分类查询是对地质灾害隐患点的多角度查询检索与展示，主要有按灾害点名称查询、按灾害隐患类型查询、按灾害规模等级查询等。分类统计是对不同行政区划内各类灾害、各种规模、不同威胁程度等指标的量化统计，主要有按灾害类型统计、按威胁人数统计、按行政区划统计、按规模等级统计等。3）三维分析。在灾情分析、次生灾害防治等环节，往往需要对高精度的DEM、三维模型等数据进行三维分析，通过可视分析、剖面分析坡度分析、土方分析、等高线图等，计算土方、有规划的部署救灾计划、安置人员计划等，以更好地辅助应急救灾。4）基本灾情分析。当灾情发生后，需要根据相关数据确定受灾区域内的受灾房屋面积、受灾人口数量、道路情况、学校情况、医院情况等基本灾情。在三维窗口中叠加道路、房屋等矢量要素，通过空间分析可确定受灾区域内的彩色矢量房屋，经各类属性挂接，可统计出受灾人口及受灾人口现状;还可确定与附近城镇、物资站、救援部队等的距离，从而辅助救灾。5）群策群防。群策群防是对监测人员、责任人员、应急预案、防灾减灾知识库等的动态管理，以完善应急体系安全建设。

4.5红树林湿地监测三维GIS系统设计与实现

（1）主要功能。基础操作模块。该模块包括二维图层管理、查询与分析;三维场景漫游、渲染与模拟等。对于二维图层来说，主要针对道路、地形图与水系等基本信息进行采集，具有平移、显隐、统计与分析等等;三维场景展示与渲染、动画导航、模型加载与路径绘制等方面，还可对场景内的三维地物进行查询与统计。气象监测模块。主要由自动观测站完成，经过GPRS传输、数据存储与接收器来完成，在获取信息后根据内容进行判断，自动入库存储，剔除错误数据;在客户端将数据显示出来，每间隔一段时间获取一次数据;根据自定义参数进行预警判断，每组参数都是独立的方案，待收到预警信息后立即报警。水质监测模块。由自动水质仪完成监测，经过GPRS传输出来，利用服务器进行数据接收和存储;由服务器对信息内容进行判断，剔除错误信息。在客户端将数据显示出来，每间隔一段时间获取一次水质数据;根据自定义参数进行预警判断，每组参数都是独立的方案，待收到预警信息后立即报警。（2）系统实现。1）二三维联动实现。系统在初始化状态下只显示二维地图，点击三维按钮后，三维与二维地图的界面各占50%;在点击联动按钮时，三维地图显示区域会缩放平移，与二维界面相同;当三维视图中目标定位为上一步中心点时，根据比例尺自动换算为摄像机距离，并在此基础上进行计算。比例尺与摄像机观察距离存在线性关系，受空间参考、地图范围的影响而不同，需要经过不同调试后获取。2）气象监测预警实现。。在二维界面中，用点来表示自动站，点的颜色代表其工作状态;三维界面中以箭头代表风向，可实时绘制曲线图体现某一站中的某指标。当气象站中的预警被触发后，系统便会自动插值生成预警范围，指数越高则颜色越深，危险度越大;反之则颜色较浅，危险系数低。

结束语

综上所述，本文以道路与淹没区分析、规划建设选址分析、区域建设用地节约集约指标计算、测绘技术的地质灾害隐患防治应用、红树林湿地监测三维GIS系统设计与实现，结合当地实际情况构建三维地理信服务平台。建设三维地理信息数据库，是实现三维空间的空间分析、效果模拟和变化对比等功能，形成基于三维空间的数据一体化展示和分析能力的基础。城市三维辅助规划评审系统的应用，为规划编制与设计单位提供更为直观的科学设计手段。三维辅助规划评审系统与规划业务管理系统相融合，可以叠加显示二维数据及相关的规划成果数据，实现立体和平面的系统互通，增强了规划管理部门对现实场景和规划方案的认知。系统三维场景为景观分析、方案优化、辅助评审提供了身临其境的感知体验，进一步提升了城市管理者科学决策能力。

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